化工原理-传热1.ppt

华中科技大学 朱康玲 1概述 1.1传热在化工生产中的应用 （1）工艺传热要求 （2）设备及管道绝热要求 （3）回收热量 化工生产过程对传热要求： 强化传热或削弱传热 1.2传热的基本方式 （1）热传导 物质的分子、原子或电子因振动而与相邻分子、原子或电子碰撞传递能量，物质没有宏观位移。 三相中的导热机理： （2）对流传热 由流体质点的相对位移而引起的热量传递 对流传热只发生在液体和气体中 对流传热：强制对流及自然对流 （3）辐射 物体将热能转变为辐射能，以电磁波的形式在空中传递，然后被另一物质吸收转变为热能。 成为主要传热方式的条件：物体温度?300?C 1.3传热过程冷热流体的接触方式 1.4基本概念 1.5定态与非定态 2 热传导 不同物质热导率的差异：构造差别、导热机理不同 （1）气体的热导率 气体的导热：由于分子的热运动和相互碰撞时发生的能量传递 多层平壁： 多层圆筒壁： 3 .2两种对流形式 3 .3对流传热过程的数学描述 各准数对传热影响的物理意义 3 .4无相变流体?经验关联式 b值的选取考虑？ （2）公式修正 2 圆形直管内强制层流 例无相变管内流动?计算 在200kPa、20℃下，流量为60m3/h的空气进入套管换热器的内管，并被加热到80℃，内管的长度为3m，直径为Ф57×3.5mm 。试求管壁对空气的对流传热系数。 解： 定性温度=（20+80）/2=50 ℃ 于附录查得50℃下空气的物理性质如下： 空气在进口处的速度为： 且气体被加热，取b=0.4， 空气在进口处的密度为： 空气的质量流速为 所以 （湍流） 又因L/d=3/0.05=60 故Re和Pr值均在式 的应用范围内，可用该式求算αo 即 计算结果表明，一般气体的对流传热系数都比较低。 3 大容积自然对流给热系数 4 沸腾给热与冷凝给热 沸腾对流传热系数 例：水在电加热的碳钢表面上沸腾，当沸腾温度100℃，壁温为104 ℃时，每平方米加热面可蒸发水量为1.16kg/min,当沸腾温度55℃，壁温为63 ℃时，每平方米加热面可蒸发水量为1.05kg/min,试确定沸腾对流传热系数的经验式. 例冷凝传热计算 饱和温度为100℃的水蒸气，在外径为0.04m、长度为2m的单根直立圆管外表面上冷凝。管外壁温度为94℃。试求每小时的蒸气冷凝量。又若管子水平放置，蒸气冷凝量为多少？ 解：由附录查得在100℃下饱和水蒸气的冷凝潜热约为2258kJ/kg。 定性温度 由附录查得在97℃下水的物性为： （1）单根圆管垂直放置时? 先假定冷凝液膜呈滞流 即 由对流传热速率方程计算传热速率，即： 故 蒸气冷凝量为：W=Q/r=17.94kg/h  核算流型： 假设成立 2）管子水平放置时 若管子水平放置时，由式知： 即W’=1.7W=1.7?17.94=30.5kg 例6-3传热计算 在外径为110mm蒸汽管道外面包两层绝缘性能不同的保温材料，包在里面的保温厚度为50mm，两层保温材料的体积相等，已知管内蒸汽温度为150 ℃， α1=10000W/(m2 ℃).大气温度为30 ℃， α2=15W/(m2 ℃),两种材料的导热系数各为 试问：1.绝缘性能好的保温材料包在里层还是外层？ 2.上述两种情况下,保温层外表面温度各为多 少? 6.2 平均温差及传热基本方程式 若将T或t对Q做图,由上两式可知: T~Q及t~Q都是直线关系,可分别表示为: T=mQ+k; t=m’Q+k’ 两式相减得 T-t=△t=(m-m’)Q+(k-k’) 即变量△t与Q成直线关系，且△t与Q直线的斜率为 例6-4传热计算 在直立式单程列管换热器的壳方将流率为0.35kg/s，温度为80 ℃的苯蒸汽冷凝并冷却至30 ℃。苯的冷凝潜热为394KJ/kg，液苯的比热为1.8 KJ/(kg ℃).换热器由38根直径为?25?2.5mm，长度为2m的无缝钢管组成。苯蒸汽在管外冷凝传热膜系数α01=1.4kW/(m2 ℃)，液苯在管外的传热膜系数为α02=1.2kW/(m2 ℃)。冷却水在管内与液苯呈逆流流动，其温度由20 ℃升至30 ℃。试计算： 1.冷却水的用量； 2.该换热器能否满足要求？ 忽略热损失及污垢热阻。钢管导热系数?=45W/(m ℃) 6.4换热器的设计型计算 6.4换热器操作型计算 7 换热器 固定管板式浮头式U型管式 管壳式换热器 （1）优点：结构简单、坚固、制造容易、处理能